概要
レーザーを熱源として溶接を行うことを、レーザー溶接(Laser welding)と言います。
構成
溶接したい部材にレーザーを集光して照射すると、被加工物は部分的に溶融します。それを凝固させることで接合を可能とします。レーザーは、反射や絞りができ、エネルギー密度が高くすることができ、制御もしやすいため、溶接に適しています。また、スポットを小さくできるため、微小な領域の精密な溶接に適しています。
レーザー光源としては、一般的に高出力が得られる炭酸ガスレーザーやYAGレーザーが用いられます。
レーザーは非常に高いエネルギー密度を得られるため、高融点の材料の溶接にも適していますが、材料の表面で反射される場合は溶接できないという問題があります。そのため、わざと表面を荒らしたり、塗料を塗って反射率を抑える工夫もします。
また、電子ビーム溶接と違い、シールドガスを活用して大気中での溶接もできるという特長があります。
装置構成としては、レーザー光源で発振されたレーザーは光路 (Beam delivery unit) を通じて伝送され、集光レンズで適切なスポットへ集光されます。照射された材料の酸化などを防ぐため、もしくは、加工を促進するために、アルゴン、ヘリウム、酸素などのアシストガスを用いることもあります。レーザースポットは、人の手やロボット、ステージシステムなどの駆動系によって移動され溶接を進行していきます。
加工対象は、金属が主ですが、樹脂などを接合することもあります。
特徴
レーザー溶接は、非常に微小領域の局部加熱が可能で、他の工法と比較しても短時間での接合が可能です。そのため、熱歪が小さいという特長があります。
また、レーザーを熱源とするため、電流や磁力などの影響がほとんどありません。
さらに、コンピュータやロボットを用いた自動化が可能であり、再現性の良い加工を実現できます。
レーザー一般に言えることですが、非接触加工で、メンテナンスなどがほとんど不要であることもメリットです。
一方で、強力なレーザーを用いるため、安全対策は重要です。使用するレーザーは目に見えず、反射光であっても非常に強力であるため、レーザーの管理をしっかりする必要があります。
レーザーマイクロ溶接
レーザー溶接の中でも、特に微細部品を精密に溶接することを「レーザーマイクロ溶接」と呼ぶこともあります。部品が微細で溶接個所も微細なため、精密な位置決めや温度管理が必要となります。
この場合、短パルスのファイバーレーザーや超短パルスレーザーを用いて、熱影響が最小となるように工夫します。
昨今は、様々なデバイスのサイズが小さくなっています。ネジなどの締結部品で固定できない場所などは、マイクロ溶接が必要となります。マイクロ溶接のニーズには、レーザーが最適といえます。
また、はんだ付けなどの加工にもレーザーが使われだしました。レーザーはんだ装置も実用化され、日本の技術が世界で注目されているようです。
応用例
ロボットやコンピュータと組み合わせて、自動車のフレームやボディーのスポット溶接に使用されています。もともと、ドイツで自動車産業振興のために、レーザー溶接の開発が進められ、今でも世界の先端をいっています。
また、電子部品のワイヤーやピンのスポット溶接の用途もあります。スポット部をカメラで観察しながらコンピューターで制御し、正確に溶接点を制御して、高精度な微細溶接を実現しています。